1.1. CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU
1.1.1.3. Vật liệu điện môi
Vật liệu điện mơi là loại vật liệu có khả năng phân cực dưới tác dụng của điện trường. Khi một chất được đặt trong một điện trường E sẽ có hiện tượng phân cực tạo các momen tĩnh điện. Khả năng phân cực của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của chúng. Debye đã mơ tả q trình phân cực chất điện mơi đến giá trị cân bằng cần có một khoảng thời gian nhất định - Thời gian trễ (r) [59]. Trong quá trình phân cực, chất điện môi sẽ hấp thụ năng lượng điện trường chuyển thành các dạng năng lượng khác: nhiệt năng. Khả năng hấp thụ năng lượng điện phụ thuộc vào bản chất của các chất điện môi – yếu tố tổn hao góc điện mơi (tan), được xác định như sau:
Trong đó:
- : Điện thẩm của vật liệu (F/m).
- 0: Hằng số điện thẩm trong chân khơng (0=8.8452×10-12 F/m) - r: Giá trị điện thẩm riêng.
Hình 1.1 cho ta thấy, tại dải tần vi sóng (2 – 30 GHz) vật liệu điện mơi bị phân cực tạo momen lưỡng cực dưới tác dụng của sóng điện từ tương tự như q trình phân cực dưới tác dụng của điện trường. Do đó, các cơng thức tính tổn hao tan của vật liệu điện mơi trong điện trường cũng có thể được áp dụng tương đương trong điện từ trường tại tần số vi sóng.
Các bức xạ sóng radar được sử dụng trong dải tần trên khi phát tới mục tiêu thường là sóng phân cực ngang (sóng ngang) hoặc sóng phân cực thẳng đứng (sóng đứng). Các vật liệu điện mơi được sử dụng vật liệu bao gồm vật liệu điện môi thụ động và chất điện môi hoạt động. Chất điện môi hoạt động là các chất điện ly rắn có hằng số điện môi K biến đổi do tác động của điện, từ trường và tần số bức xạ. Năng lượng bức xạ sóng khi đập lên bề mặt điện mơi hoạt động sẽ làm phân cực hoặc quay cực chất điện mơi, dẫn đến là tiêu hao năng lượng sóng điện từ. Các chất điện mơi thụ động có giá trị hằng số điện môi K không đổi trong dải tần làm việc của radar đã nêu ra ở trên và khả năng
Hình 1.1: Sự biến đổi ’, ” theo tần số của vật liệu điện môi
hấp thụ của chúng chủ yếu do tính chất tổn hao điện mơi của vật liệu.Khi các sợi dẫn điện được phối trộn với polyme, năng lượng tổn hao được tính theo phương trình và phụ thuộc vào độ dầy của vật liệu. Đa số các vật liệu hữu cơ có hệ số điện thẩm thấp và hằng số điện mơi cao (2.3), khơng thích hợp để chế tạo vật liệu hấp thụ bức xạ điện từ. Ví dụ đối với polystyren, trong dải tần MHz có =2.3, hệ số phản xạ bề mặt là R=0.16. Giá trị trên quá lớn, do đó, vật liệu sử dụng cho chế tạo vật liệu hấp thụ cần có hằng số điện mơi nhỏ.
Độ tổn hao điện môi của vật liệu tại một tần số phụ thuộc vào độ dẫn điện và hằng số điện mơi của vật liệu. Do đó, muốn tăng khả năng hấp thụ bức xạ sóng cần tạo vật liệu có hằng số điện mơi và có khả năng dẫn điện thích hợp để vật liệu khơng có khả năng lan truyền sóng hoặc phản xạ sóng trên bề mặt vật liệu và có hệ số tổn hao điện mơi cao. Các vật liệu thường được sử dụng là các vật liệu polyme được phối trộn với các chất độn dẫn điện làm tăng khả năng dẫn điện của vật liệu, vật liệu polyme bán dẫn và các chất điện ly rắn.